25k
4 года назад · 11 фото · 46497 просмотров · 96 комментариев
Как выглядит ядерное топливо для субмарины (11 фото)
В 50-х годах XX века в кораблестроении началась новая эпоха - для движения подводных лодок стали использовать атомную энергию. Благодаря источникам этого топлива субмарины могли подолгу находиться под водой, не теряя при этом скорость. Атомная энергия позволила снять ограничения по использованию энергоемких систем кондиционирования, а кроме того, расширила перспективы освоения арктических водных просторов.
Самой первой подводной лодкой, работавшей на атомном топливе, стала американская субмарина "Nautilus", построенная и начавшая эксплуатацию в 1954 г. Спустя 5 лет, в январе 1959 г. после испытаний в СССР появилась отечественная подлодка АПЛ проекта 627.
Первая отечественная атомная подводная лодка (проект 627 А)
Конечно, по сравнению с предыдущими моделями подлодок, работавших на дизельном топливе, атомные были более автономными и современными. Они могли приближаться к берегу для дозаправки топливом раз в несколько лет, подолгу находиться в подводном положении, быстро двигались и были незаметными.
Ядерное топливо столь эффективно, что небольшого объема, сопоставимого с мячом для гольфа, хватит, чтобы субмарина несколько раз обогнула земной шар.
Ядерное топливо столь эффективно, что небольшого объема, сопоставимого с мячом для гольфа, хватит, чтобы субмарина несколько раз обогнула земной шар.
Принципиальная схема машинного отсека с ядерным реактором
В качестве топлива для таких субмарин используется главным образом уран. Благодаря цепной реакции в процессе ядерного распада этот радиоактивный элемент выделяет тепловую энергию, которая и используется для запуска двигателя.
На подлодке этот процесс осуществляется в толстостенном реакторе. Чтобы избежать его перегрева или даже расплавления стенок, используется система непрерывного охлаждения проточной водой. В двигателе с ядерным реактором вода попадает внутрь корпуса под давлением. Там она в процессе охлаждения реактора нагревается, затем выводится из системы. После остывания она вновь попадает внутрь этого замкнутого круга.
Нагретая вода тоже не пропадает - она используется перед охлаждением для превращения другой воды в пар, который вращает лопасти турбинного двигателя. Турбогенераторы в свою очередь производят электроэнергию для питания бортового оборудования и работы всех необходимых систем обеспечения внутреннего микроклимата.
На подлодке этот процесс осуществляется в толстостенном реакторе. Чтобы избежать его перегрева или даже расплавления стенок, используется система непрерывного охлаждения проточной водой. В двигателе с ядерным реактором вода попадает внутрь корпуса под давлением. Там она в процессе охлаждения реактора нагревается, затем выводится из системы. После остывания она вновь попадает внутрь этого замкнутого круга.
Нагретая вода тоже не пропадает - она используется перед охлаждением для превращения другой воды в пар, который вращает лопасти турбинного двигателя. Турбогенераторы в свою очередь производят электроэнергию для питания бортового оборудования и работы всех необходимых систем обеспечения внутреннего микроклимата.
Итак, в основе работы ядерной энергетической установки лежит управляемая цепная реакция, которая представляет собой процесс деления изотопов урана под действием элементарных частиц нейтронов. Последние за счет отсутствия электрического заряда легко проникают в атомные ядра. При их делении образуются более легкие ядра, испускаются нейтроны и высвобождается огромное количество энергии. Если говорить языком цифр, то при делении каждого ядра урана-235 образуется 200 мегаэлектроновольт* высовобожденной энергии, примерно 83% из которой приходится на долю кинетической энергии осколков. Именно она после торможения осколков преобразуется в тепловую энергию.
Конструкция ядерного реактора: 1 — корпус; 2 — регулирующие стержни; 3 — отражатель; 4 — замедлитель; 5 — тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ); 6 — защита
Если рассмотреть топливо, состоящее из изотопов урана, то цепной реакции подвержены лишь ядра урана-235. Однако известно, что делящихся изотопов в природном уране очень немного - всего 0,7% от общей массы. Остальная доля приходится на уран-238. Чтобы создать условия для цепной реакции, существуют два способа. Первый заключается в использовании тепловых или медленных нейтронов, вероятность деления которых примерно в 300 раз больше, чем у быстрых. Но большинство нейтронов, которые испускаются при делении - именно быстрые. Чтобы замедлить их движение, ядерное горючее в виде стержней разделяют слоями веществ-замедлителей (графит, тяжелая вода, органические жидкости типа дифенила или его смесей, соединения бериллия). Соударяясь с атомами этих веществ, нейтроны движения снижают свою скорость.
Для второго способа используют обогащенное радиоактивное топливо с повышенным числом содержания изотопов урана-235. В этом случае появляется возможность создавать реакторы трех типов: на тепловых (медленных) нейтронах, на промежуточных нейтронах и на быстрых нейтронах (без замедлителя). Для реакторов субмарин используют оба способа - вместе с замедлителями реакций применяют и обогащенный уран.
Для второго способа используют обогащенное радиоактивное топливо с повышенным числом содержания изотопов урана-235. В этом случае появляется возможность создавать реакторы трех типов: на тепловых (медленных) нейтронах, на промежуточных нейтронах и на быстрых нейтронах (без замедлителя). Для реакторов субмарин используют оба способа - вместе с замедлителями реакций применяют и обогащенный уран.
Расположение ядерного реактора в субмарине
С дизельными-электрическими субмаринами все понятно, а вот как выглядит топливо для ядерной подлодки?
Так выглядит урановая руда, добытая в шахте. Породу высверливают в горизонтальных штреках и вывозят на поверхность. Далее ее измельчают, разбавляют водой и удаляют все лишнее - а примесей в породе очень много.
После этого в смесь добавляют серную кислоту и за счет выщелачивания получают осадок солей урана. Он имеет ярко-желтый цвет. Наконец, уран с примесями очищается на аффинажном производстве, и лишь в результате этого длительного процесса образуется закись-окись урана.
После этого в смесь добавляют серную кислоту и за счет выщелачивания получают осадок солей урана. Он имеет ярко-желтый цвет. Наконец, уран с примесями очищается на аффинажном производстве, и лишь в результате этого длительного процесса образуется закись-окись урана.
Однако и этого недостаточно для получения обогащенного урана, ведь в природном варианте доля нужных изотопов очень мала. Для этих целей используют центрифуги, которые разделяют породу на две фракции - более тяжелые молекулы выводятся в "отвал", а более легкие обогащаются до нужного содержания в массе урана-235 (от 40% до 60%).
Центрифуга
После достижения необходимой концентрации диоксид урана прессуется в вот такие "таблетки". Для этого используют смазочные материалы, которые после удаляются при обжиге в печах. Полученный продукт проверяется на соответствие требованиям - качественное топливо используется для реакторов подлодок.
Таблетки загружаются в так называемые ТВЭЛы (Тепловыделяющие элементы), где и происходит цепная реакция.
Метки: #Подводная лодка #атомная энергия #интересно #субмарина #факты
Ну сейчас и по другому добывают с помощью выщелачивания - слабый раствор серной кислоты в скважины в земле, забор воды из скважины, очистка и опять в скважину - дешево и сердито :) зато эффективно
всегда забавляли эксперты, которые как-бы невзначай появляются на фишках и все знают ))))))))))))))))))))
на "Садоводе" продается?!
"...В этом случае появляется возможность создавать реакторы ТРЕХ типов: на тепловых (медленных) нейтронах, на промежуточных нейтронах и на быстрых нейтронах (без замедлителя). Для реакторов субмарин используют ОБА способа..."
ТРИ - это три типа реакторов, а ОБА способа - это применение обогащённого урана или замедлителей.
Лучше скажите когда грузят твэлы в реактор АПЛ. Еще на берегу или когда впервые ее со стапеля в воду скинут? Ведь реактор требует забортную воду для охлаждения последнего контура.
Я конечно не спец, но вроде для охлаждения используют свинец-висмут.
Только в лодках одного проекта 705 Лира. И один был проекта 645 Кит. Все давно утилизированы. Остались только на Водо-водяных серии ОК-650 разных модификаций. Даже на Бореях и Ясенях.
Забыл добавить. жидкометаллический теплоноситель только отбирал тепло у реактора, а в следующем контуре вода все равно была, которая шла на пар для турбин. А охлаждалась она забортной водой.
У вас есть идея как добыть электричество напрямую из урана?
подводная лодка очень сложное по конструкции и насыщенности механизмами сооружение, а атомная как бы не сложней космических аппаратов будет.
Термоэлектрогенератор
доктор Браун знал, правда он плутоний использовал :)
"при делении каждого ядра урана-235 образуется 200 мегаэлектроновольт* высовобожденной энергии, примерно 83% из которой приходится на долю кинетической энергии осколков."
- а остальные 17 уходят на выборы, чтобы получилось 146?
для тупых. при распаде вся энергия есть кинетическая. больше никакой там нет.
Возможно имеется в виду что остальное это не энергия осколков, а энергия нейтронов (которые вызывают последующие деления) + различные излучения вроде бета и гамма.
естественно. только чем ядра гелия и электроны - не осколки?
Терминология такая. Осколки это крупные осколки, частицы излучения выделяют отдельно. Так всем понятно.
альфа частица - ядро гелия. не сказать, что она мелкая. 83% - это всего лишь кпд реактора. остальная часть уходит в стержни и в реакцию.
BiZ, а у фотона какая кинетическая энергия? и является ли фотон обломком? ;-)
электрон - не осколок, поскольку не является элементом атомного ядра, а возникает при распаде нейтрона и в состав распавшегося нейтрона естественно не входил ;-)
у фотона с электроном и энергия никакая. она там же останется в виде тепловой. и она почти 0.
у фотонов энергия никакая, я правильно понял? т.е. гамма-излучение вообще так, фигня
а бета-излучение (электроны) тоже значит вообще без энергии, почти на 0 сидят?
:)
посчитайте
ну давайте подсчитаем
какой распад будем смотреть? можно в сторону кобальта-60 посмотреть - очень хорошо светит :) или лучше иттрий-88
да любой, хоть оба
Спасибо, интересно!
Встретились две подводные лодки в океане: РУССКАЯ и американская... ну все вышли на палубу- попреветствовать друг друга!
Русские все в рваной одежде, в валенках, в тулупах, в шапках- ушанках и тд...
американцы все как один: сопожки начищены, курточки чистые...
Выходит капитан русской подводной лодки и орет на команду:
-Кто на пульт валенок бросил?!
молчёк...
-Кто на пульт валенок бросил?!!!
молчёк...
-Последний раз спрашиваю- КТО НА ПУЛЬТ ВАЛЕНОК БОСИЛ???
тут подаёт голос капитан американской подлодки:
(на ломаном русском)
-А вот у нас в Америке....
наш капитан перебивает его:
-ДА НЕТ БОЛЬШЕ ВАШЕЙ АМЕРИКИ!!! Кто на пульт валенок бросил?
Поздравляю! Сегодня отмечается 50-ти летие этого еббанутого анекдота.
З-заика?
Диоксид урана в ТВЭЛах АПЛ почти не используется, уже давно перешли на интерметаллиды - сплав урана с алюминием
И в первом контуре?
Да в первом контуре вода, дистиллят под давление и с оч.высокой температурой.
в ВВР водичка с добавлением аммиака, на "Лирах" теплоноситель был сплав свинца и висмута, у пендосов вроде натрий использовали.
да ладно на первом контуре дистиллят, второй да дистиллят постоянно следили чтобы примесей не было.
Наши использовали сплав свинец-висмут. Американцы на USS Seawolf использовали натрий. По итогам и СССР и США решили, что реакторы ЖМТ на лодках-это сплошная головная боль. Причем американцы поняли это раньше-Seawolf был спущен в 1955 году, а уже в 1958 реактор на ней был заменен на обычный ВВР. Наши же бодались долго, последняя Лира в 1996 году была списана.
Если хочешь стать отцом, оберни яйцо свинцом)
при альфа-распаде и трусов обычных за глаза хватит :)
Да это из фильма)
"Ядерное топливо столь эффективно, что небольшого объема, сопоставимого с мячом для гольфа, хватит, чтобы субмарина несколько раз обогнула земной шар"
Таблетка урана 4.5г =500м3 газа, для того что бы субмарину провернуть по земному шару нужно на порядки больше, или я что-то не понимаю?
какого газа ?
на счет ППЛ не знаю, то атомные ледоколы тратят порядка 50 грамм в сутки, даже если АПЛ будет тратить 5 грамм в сутки, то на скорости 30 узлов будет делать 1 оборот вокруг Земли за 30 дней, т.е. тратить 150 грамм топлива, а мячик для гольфа из урана где-то полтора килограмма будет весить
в общем по расходу топлива даже если поднять на порядок цифры, то цифры примерно соответствуют заявленным
Метана
Спасибо! Познавательно.
Примета. Если вы встретили бабу с полными ведрами урана это к обогащению.
Нашёл авторитета, это же Солонин, тот ещё брехун.
Литвиненко. Начало
Ё, как просто. Пойду завтра в гараже собирать.
Это первоапрельская шутка журнала ПМ 2012го года
Догадливый какой
Да, а то некоторые ведь поведутся
Жаль, что не всем американским детям успели купить эту чудо лабораторию.
И на какое временя хватает одной заправки?
Точные данные, понятное дело, не разглашаются, но в среднем, современные АПЛ требуют перезагрузки реактора примерно раз 10-12 лет. Перспективные лодки, наподобие "Хаски" будут иметь реактор не требующий смены топлива в течение всего времени эксплуатации лодки (20-30 лет).